Навигация
Применение параболических зеркал в антенной технике
27280
знаков
13
таблиц
15
изображений
4. Применение параболических зеркал в антенной технике
Соединение параболического зеркала с облучателем называют зеркальной или параболической антенной. Последнее название более точно, так как находят применение и непараболические зеркала, порождающие иные зеркальные антенны. Разработано много различных типов точечных облучателей для зеркал в виде параболоида вращения; некоторые из них будут рассмотрены.
Облучатель в виде элементарного электрического вибратора с плоским отражателем — «дипольно-рефлекторный» — может быть реализован в конструкции, показанной на рис.10а. Диполь питается коаксиальной линией, проходящей по оси симметрии за зеркало, и присоединен к ней при помощи стакана, обеспечивающего симметричное питание. Одна половина вибратора соединена с внешним проводником линии, а другая — с построенным как его продолжение металлическим четвертьволновым цилиндром, к которому подходит внутренний проводник линии. Диаметр дискового контррефлектора обычно составляет около 0,8l. Фазовый центр облучателя находится приблизительно в плоскости контррефлектора.
Конструктивно более прост облучатель в виде небольшого пирамидального рупора (рис. 10б). Размеры раскрыва рупора выбираются с тем расчетом, чтобы угловая ширина главного лепестка диаграммы направленности была приблизительно одной и той же в Е- и Н-плоскостях. Можно отметить, что волновод, питающий рупор, несколько искажает доле излучения зеркала, «заменяя» пространство. В то же время при облучении рупором мала кросс-поляризация, так как поле облучения более однородно.
В отличие от рассмотренного «волноводно-рупорного» облучателя «волноводно-вибраторный» (рис. 10в) и «волноводно-щелевой» (рис.10г) облучатели питаются волноводами, не затеняющими пространство.
Вибраторы, возбуждаемые излучением волновода (рис.10в), укрепляются на металлической пластинке, которая, будучи перпендикулярной вектору Е, не возмущает поля. При размерах системы, указанных на рисунке (при этом первый вибратор несколько короче, а второй - несколько длиннее полуволны), обеспечивается однонаправленное излучение на зеркало. Фазовый центр лежит между вибраторами.
Рис.10
На практике действие неравномерности облучения зеркала либо утечки энергии облучателя за его края бывает значительнее, чем это учтено в приближенном расчете, результаты которого приводились. К тому же нужно принимать во внимание фазовые отклонения, вызываемые неточностью изготовления зеркал. Поэтому обычно не удается достигнуть указанного выше максимального значения x=0,83. При допустимых фазовых отклонениях коэффициент использования может составлять
x=0,4÷0,6.
Облучатели для параболических цилиндров могут составляться из нескольких полуволновых вибраторов, располагаемых на фокальной линии. Это, в частности, могут быть щелевые вибраторы, питаемые волноводом.
Рис. 11
Параболическое зеркало может использоваться в качестве антенны в весьма широком диапазоне частот, который снизу ограничивается уменьшением относительных размеров раскрыва и усилением краевых эффектов, а сверху - трудностью соблюдения требуемых допусков конструкции. Поэтому рабочая полоса антенны определяется условиями согласования с линией передачи. При этом существенна «реакция зеркала» на облучатель. Предположим, что облучатель был согласован с линией без зеркала. Тогда в результате отражения от зеркала в питающей линии появится обратная волна, т. е. возникнет некоторое рассогласование. Если же облучатель согласован при наличии зеркала на фиксированной частоте, то реакция зеркала проявится при частотных отклонениях. В ряде случаев используются различные приемы частичного устранения реакции зеркала. Например, делается отверстие в его средней части (рис.11а) или помещается там металлический диск (рис. 11б). Диск при расстоянии от зеркала около четверти волны создает (как пассивная антенна) поле излучения, находящееся в противофазе с полем, подлежащим компенсации; нужная интенсивность излучения диска достигается подбором его размера. Впрочем, существуют приближенные формулы для диаметра диска d, и его расстояния от зеркала а (см. рис.11,), при которых компенсация реакции зеркала должна быть наилучшей:
Для устранения реакции зеркала облучатель может быть также вынесен из области раскрыва (рис. 11в).
Путем поперечного смещения облучателя из фокуса осуществляется качание луча параболической антенны. Это схематически показано на рис. 12. Вообще процесс сопровождается расширением основного максимума и увеличением бокового излучения, но при небольших углах качания указанные побочные эффекты невелики.
Рис. 12 Рис. 13
Отметим еще, что для облегчения веса и уменьшения действия ветра антенные зеркала часто делают решетчатыми, перфорированными и т. п. (рис.13). При этом необходимо, чтобы решетка содержала металлические элементы, параллельные вектору Е, а расстояние между ними было существенно меньше половины длины волны. Некоторое представление о действии промежутка между элементами решетки или также отверстия в листе дает аналогия с коротким участком запредельного волновода: излучение проходит через зеркало с отверстиями, но значительно ослабляется. Обычно для оценки действия решетчатых и подобных зеркал пользуются решениями задач дифракции на бесконечных плоских периодических системах.
Похожие работы
... зеркала равен, таким образом, , а на периферии зеркала может быть менее жёстким. [2] Допуск в центральной части зеркала ; допуск для большего угла раскрыва ; допуск для меньшего угла раскрыва . 4.5 Описание конструкции Полученная зеркальная антенна состоит из следующих частей (см. приложение): 1) рефлектор (зеркало), представляющий собой усечённый параболоид вращения, и выполненный из т
... её параметры: размеры, глубина фокус, коэффициент усиления зависят от длины волны, поэтому близкие к полученным характеристикам она будет иметь в окрестности данной длины волны. 4. принцип действия зеркальной антенны Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем ...
... поля. В данном случае распределение напряженности возбуждающего поля в основном определяется диаграммой направленности облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной диаграммы направленности зеркальной параболической антенны при этом имеет вид: , где -цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка; - коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего ...
... с неравномерным распределением напряжённости возбуждающего поля. В данном случае распределение напряжённости возбуждающего поля в основном определяется ДН облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид: , где J1, J2 – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка. - Коэффициент, показывающий во ...
0 комментариев